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【发展】创新运载火箭研制体系 加速推进航天强国建设
来源:中国长征火箭有限公司 | 作者:张涛 秦瞳 秦旭东 容易 荆木春 | 发布时间: 2018-08-21 | 16874 次浏览 | 分享到:
习近平总书记曾提出要“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国”,为航天事业发展指明了方向。未来,进入空间需求的持续增长,必然要求运载火箭研制和生产效率的持续提升。

       习近平总书记曾提出要“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国”,为航天事业发展指明了方向。未来,进入空间需求的持续增长,必然要求运载火箭研制和生产效率的持续提升。时下全球出现的以物联网、云计算、大数据、移动互联等为代表的新一轮技术创新浪潮,也为我国运载火箭研制体系的升级换代提供了难得契机。“中国制造2025”已明确将航天航空装备列为了十大重点领域之一。这里以提升运载火箭研制和生产效率为目的,提出了在当前形势下创新研制体系和管理模式的若干设想。

       一、运载火箭研制体系内涵

       在六十年的发展历程中,我国航天始终贯彻着基于系统工程的产品开发和组织管理方法。依据任务需求,进行运载火箭总体方案的反复迭代和优化,逐级向下细化为各分系统及单机的技术要求,并通过试制和生产转化为产品;再经过产品的逐级验证,进行系统集成总装总测,最终完成运载火箭的研制及发射。这个过程体现在运载火箭的研制流程上,一般划分为预研、方案、初样、试样和发射服务应用五个阶段。按照工作内容和工作性质不同,一般包括设计环节、制造环节、试验环节和发射环节。

       所谓的运载火箭研制体系,就是在运载火箭研制生产中的各个阶段或环节中,为了完成运载火箭研制或生产所涉及到的各项要素的统称,一般包括研制分工、手段条件、建设布局和管理方式等内容,即解决“谁来干、用什么干、在哪里干、怎么干”的问题。这里从这四个方面,研究探索运载火箭研制体系创新和管理模式提升方式。

       二、我国现行研制体系的基础

       经过六十年艰苦奋斗,我国航天事业发展取得辉煌成就,特别是随着新一代运载火箭研制成功,标志着我国基本建成完整的运载火箭研发体系,并且探索出了一套符合我国国情的管理模式。但是,面向未来,对标世界航天强国,我国运载火箭研制体系需向着更高水平提升和迈进。

       一是具备了较高的设计水准,但亟待实现一体化设计。运载火箭设计是个复杂的系统工程,我国经过多年努力总结出了一套行之有效的方法。即通过专业划分,将火箭解耦为若干子系统,每个解耦后的系统模型通过适当抽象来完成设计。按照这种方式,目前我国已具备了世界一流的运载火箭设计水准,可设计从液体火箭到固体火箭、从常规推进剂到清洁能源推进剂、从无人火箭到载人火箭的各种类型火箭;发展了从小型到大型、从近地轨道到奔火(火星)轨道的完整的火箭型谱;专业门类齐全,具备总体、结构、发动机、电气、发射支持等全系统独立设计能力;设计和分析手段上也基本上实现了数字化。但这种将总体解耦成子系统的方式,也带来难以解决复杂耦合问题的弊端。特别是对于复杂的大型火箭设计,各子系统普遍存在参数余量重复留取、设计趋于保守的问题,导致设计不够精细,不能满足任务指标。而且,在一般情况下,不同子系统由不同单位承担设计的分布式设计方式很难轻易被打破。

       二是打造了完备的制造体系,但有待向智能化提升。我国已打造了完备的运载火箭结构制造及总装测试体系,基本形成基于3.35m5m直径系列的铸造、锻造、钣金成型、焊接、铆接、装配、测试、试验、检测等专业相对完整、能力较为全面的综合制造体系;具备完整的常规发动机、液氧煤油发动机、液氢液氧发动机及固体发动机的零部组件生产、装配、测试和检测体系。但运载火箭产品的制造过程多以半机械化、半自动化为主,设备智能化、数控化程度不高;先进制造技术应用不足,数字化制造模式还未形成。制造能力不足已逐渐成为完成高密度发射任务的主要限制因素。

       三是掌握了系统的试验方法,但需不断创新先进手段。中国航天的成功与充分的地面试验验证是分不开的。目前,我国已经具备了3.35m5m直径部段的总体试验能力,具备了箭体结构载荷刚度和强度试验、动特性试验、分离试验、冲击试验等能力;具备大推力低温、常规液体火箭发动机及轨姿控火箭发动机部组件及整机试验能力。系统完备的试验验证是研制设计正确性的重要手段,也是产品质量的重要保证。但相比国际航天领域试验方法和手段的不断提升,我国的试验验证相对传统并单一,且过于依赖最终进行的大型试验验证产品状态和系统接口。国际上采用的缩比验证、虚拟现实、3D打印、飞行试验等创新性的试验方案在我国应用并不多。造成了试验工作量大,研制周期长。

       四是建设了先进的发射基地,但应尽量简化发射流程。我国已建成并在用的包括酒泉、太原、西昌和海南文昌四个卫星发射中心。